Wärmepumpen: Komprimierte Solarenergie

Neben der eigentlichen Wärmepumpe gehören zwei weitere Elemente zum System: Eine Wärmequellenanlage sowie das Verteil- und Speichersystem für die erzeugte Wärme. Über die Wärmequellenanlage wird aus der Umgebung Wärme entnommen – und zwar direkt aus der Luft oder über eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit (Sole) aus dem Oberflächenboden, dem tieferen Erdreich oder dem Grundwasser. Im internen Kreislauf von Wärmepumpen zirkuliert ein Kältemittel, welches durch die Zufuhr der Umweltenergie in einem Wärmetauscher verdampft. Im Kompressor oder Verdichter erhöht sich die Temperatur des gasförmigen Kältemittels. Das komprimierte und heiße Kältemittelgas kondensiert dann in einem weiteren Wärmetauscher, gibt die Wärme an das Verteilsystem bzw. den Wärmespeicher ab und kehrt abgekühlt in den Kreislauf zurück. Im Wärmeverteil- und Speichersystem zirkuliert – wie bei anderen Heizungen auch – in der Regel Wasser, das die Wärme zum Puffer- oder Warmwasserspeicher sowie zu den Flächenheizungen oder Heizkörpern transportiert.

Der Kernbegriff der Wärmepumpentechnik ist die Arbeitszahl: Diese gibt an, wie viel Wärme Wärmepumpen mit einer Kilowattstunde Strom gewinnen können. Die Arbeitszahlen bewegen sich im Bereich von unter 3 bis hin zu 5. Wie viel es konkret ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. der Effizienz der verwendeten Wärmepumpe. Ganz wichtig: Je höher das Niveau der Umweltenergie ist, desto weniger Strom muss investiert werden, um die benötigte Wärme zu erzeugen. In einer Umgebung mit langen kalten Wintern ist eine Luftwärmepumpe also weit weniger effektiv als eine Anlage, die mit konstanter Wärme aus dem Erdreich arbeiten kann. Bei der Planung eines Neubaus sollte man auch berücksichtigen, dass optimale Wärmedämmung den Bedarf mindert – und dass Flächenheizungen eine deutlich niedrigere Vorlauftemperatur benötigen. Zu den Kosten: Grundsätzlich ist direkt verwendeter Solarstrom die beste und günstigste Basis für den Betrieb von Wärmepumpen. Da aber im Winter nicht immer genug Solarstrom verfügbar ist, wird man phasenweise auf Netzstrom zurückgreifen müssen – ein Grund mehr, auf eine hohe Systemeffizienz zu achten.

Im Kern geht es immer darum, mit Hilfe elektrischer Energie vorhandene Wärme auf das benötigte Niveau zu heben. Luft-Wasser-Wärmepumpen entnehmen die Wärme der Außen- oder Raumluft und führen sie dem Verdichtungsprozess zu. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe schickt den Wärmeträger unter die Oberfläche des Grundstücks und entzieht dem Boden Wärme. Erdkollektoren arbeiten nah an der Oberfläche, Erdsonden reichen senkrecht in eine Tiefe von 40 bis 100 Metern. Dafür sind genehmigungspflichtige Spezialbohrungen erforderlich. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe macht sich den Umstand zunutze, dass Grundwasser ganzjährig konstante Temperaturen von über zehn Grad Celsius hält. Ob aber ein geeignetes Grundwasservorkommen gegeben ist und ob es wasserschutzrechtliche Einschränkungen gibt, ist im Vorfeld zu prüfen.

Wer nicht gleich die gesamte Heizung auf die Wärmepumpe umstellen kann oder will, hat mit der Warmwasser-Wärmepumpe eine Alternative, die ebenfalls die Eigennutzung von Solarstrom optimiert. Hier ist Umgebungs- oder Abluft die gängige Energiequelle, die Warmwasser-Wärmepumpe arbeitet entkoppelt von der Heizungsanlage und kann in Belüftungs- und Wärmerückgewinnungssysteme eingebunden werden.